مقدمه:
انرژی خورشیدی از جمله منابع انرژی نو و تجدیدپذیری است که استفاده از آن در جهان در حال توسعه و پیشرفت می باشد. با یک بررسی و تحقیق ساده در مورد ظرفیت تولید انرژی خورشیدی در کشورهای پیشرفته ای چون چین، هند، آمریکا، ژاپن و آلمان و همچنین سرمایه گذاری های انجام شده در این حوزه می توان به اهمیت استفاده از انرژی خورشیدی پی برد.
سیستم خورشیدی می تواند به بزرگی یک نیروگاه چند صد مگاواتی باشد که در حالت اتصال به شبکه سراسری قرار داشته و انرژی تولیدی خود را به شبکه تزریق می کند؛ یا به کوچکی یک سیستم چند کیلوواتی باشد که در حالت منفصل از شبکه قرار داشته و به کمک باتری های ذخیره ساز برای کاربردهای غالبا خانگی و کشاورزی بکار برده می شود.
در مناطقی که دور از شبکه سراسری برق قرار دارد و یا هزینه های نصب و راه اندازی تجهیزات شبکه برق صرفه اقتصادی ندارد، استفاده از یک سیستم خورشیدی منفصل از شبکه یا off-grid می تواند بسیار راه گشا و مؤثر باشد. برای نصب چنین سیستمی باید محاسبات لازم انجام شده و تجزیه و تحلیل مناسب صورت پذیرد تا برآوردی از تجهیزات لازم و همچنین بودجه تخمینی بدست آید. از این رو در این تحقیق یک خانه مسکونی در نظر گرفته شده و طراحی یک سیستم خورشیدی منفصل از شبکه برای آن انجام شده است. مطالعه این پست می تواند برای طراحان سیستم خورشیدی، مهندسین برق و علاقه مندان به حوزه انرژی خورشیدی مفید و جذاب باشد. در ادامه بهتر است ابتدا با عملکرد یک سیستم خورشیدی و اجزای آن آشنا شویم.
سیستم خورشیدی منفصل از شبکه
یک سیستم خورشیدی در دو حالت متصل به شبکه یا منفصل به شبکه مورد بهره برداری قرار می گیرد. در حالت منفصل از شبکه، انرژی خورشیدی تنها برای مصرف بارهای محلی بکار برده می شود که مکان نصب می تواند خانه، باغ، ویلا، زمین کشاورزی و هر نقطه ای باشد که به شبکه برق دسترسی ندارد. این سیستم ها دارای اجزای اصلی زیر می باشند:
پنل های خورشیدی
باتری های ذخیره ساز
کنترل کننده شارژ باتری
اینورتر
در شکل 1 نمایی ساده از اجزای اصلی سیستم خورشیدی منفصل از شبکه نشان داده شده که به یکدیگر متصل شده اند. سایر تجهیزات شامل بست ها و کابل های اتصال، پایه های نگهدارنده پنل ها، فیوزها و قطع کننده ها، محفظه تابلو برق خورشیدی و … می باشند که در کنار اجزای اصلی فوق یک سیستم خورشیدی off-grid کامل را تشکیل می دهند.
شکل 1) یک سیستم خورشیدی ساده منفصل از شبکه
در کاربردهای خانگی مکان نصب پنل ها بر روی پشت بام قرار دارد که از طریق یک کابل به تابلو برق متصل است. در تابلو برق خورشیدی نیز معمولا تجهیزاتی مثل شارژ کنترلر، اینورتر و فیوزهای قطع و وصل قرار می گیرند که از یک طرف با پنل های پشت بام و از طرف دیگر با باتری های ذخیره ساز در ارتباط هستند. معمولا چون تعداد باتری ها بیش از یکی است و در داخل تابلو جا برای باتری ها وجود ندارد، از محفظه ای جدا برای باتری ها استفاده می شود یا آنها در جایی سرپوشیده قرار می دهند تا از گزند سرما و گرما در امان باشند. در ادامه با اجزای اصل بیشتر آشنا می شویم.
پنل های خورشیدی
این وسایل که جزء اصلی یک سیستم خورشیدی محسوب می شوند، وظیفه دریافت انرژی از خورشید و تبدیل آن به انرژی الکتریکی را بر عهده دارند. ما قبلا در پست آشنایی با سلول های فتوولتائیک در مورد اجزای یک پنل خورشیدی بحث کردیم. این پنل ها که در شکل 2، آرایه ای از آنها نمایش داده شده ، از تعدادی سلول خورشیدی تشکیل شده اند که به طور سری به یکدیگر متصل هستند، مثلا یک پنل 320 وات از 72 سلول تشکیل شده است.
شکل 2) آرایه ای از پنل های خورشیدی
برای تأمین توان مصرفی بارها معمولاً پنل ها به صورت های سری، موازی یا ترکیبی از این دو به یکدیگر متصل می شوند که در حالت اتصال سری ولتاژها و در حالت اتصال موازی جریان های پنل ها با یکدیگر جمع می شود. خروجی نهایی پنل های فتوولتائیک از طریق کابل به ورودی کنترل کننده شارژ باتری متصل می شود.
باتری های ذخیره ساز:
جزء مهم دیگر یک سیستم خورشیدی off-grid، باتری های ذخیره کننده انرژی هستند. این باتری ها در طول شب و در مواقعی مثل هوای ابری که پنل های خورشیدی امکان تولید انرژی الکتریکی را ندارند، برای تأمین برق مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله پارامترهای مهم یک باتری می توان به آمپرساعت تولیدی، ولتاژ کاری و عمق دشارژ آن اشاره کرد که در هنگام طراحی باید مورد توجه قرار گیرد. در شکل 3 نمونه ای از باتری خورشیدی نوع AGM نشان داده شده است.
شکل 3) باتری خورشیدی 12 ولت 100 آمپر ساعت
معمولاً باتری ها نیز برای تأمین انرژی مصرفی بارها به صورت های مختلفی چون سری، موازی یا سری – موازی به یکدیگر متصل می شوند. خروجی نهایی این باتری ها به کنترل کننده شارژ باتری متصل است که از طریق آن هم با پنل ها و هم با اینورتر در ارتباط می باشد.
کنترل کننده شارژ
باتری ها در هنگام دشارژ در سیستم خورشیدی انرژی ذخیره شده در داخل خود را به بار مصرفی می دهند، از طرفی در هنگام شارژ انرژی از دست رفته خود را از پنل های خورشیدی دریافت می کنند. برای اینکه این وسایل دچار دشارژ و شارژ عمیق نشوند و طول عمر مفید آنها افزایش یابد، از وسیله ای بنام کنترل کننده شارژ خورشیدی استفاده می شود. این دستگاه با مدیریت باتری ها عملکرد آنها را بهبود می بخشد. البته این تنها کارکرد آن نیست بلکه در هنگام استفاده از پنل های خورشیدی طوری عمل می کند که ولتاژ خروجی حاصل در محدوده مجاز قرار گیرد و از آن خارج نشود.
باید توجه کرد که این وسایل دارای محدوده ولتاژ ورودی کاری مشخصی هستند و در هنگام خرید آنها باید به ولتاژ کاری باتری و ولتاژ خروجی حاصل از آرایه خورشیدی توجه داشت. مسئله دیگر میزان جریان عبوری مجازی است که کنترل کننده باید تحمل کند تا بتواند بدون مشکل پنل ها را به باتری ها یا به اینورتر متصل کند.
کنترل کننده های شارژ معمولا بر دو نوع هستند:
MPPT و PWM
واژه MPPT مخفف عبارت «ردیابی نقطه توان ماکزیمم» است که ما قبلا در پست های آشنایی با سلول های فتوولتائیک و آشنایی با روش اختلال و آشفتگی راجع به آن به طور مفصل صحبت کردیم. مزیت کنترل کننده نوع MPPT (شکل 4) در این است که می تواند در هنگام تغییر شرایط تابش یا دمای محیط توان تولیدی پنل ها را مدیریت و نزدیک به نقطه ماکزیمم نگه دارد، بنابراین ضمن حفظ ولتاژ خروجی در محدوده مشخص برای شارژ باتریها، این کنترل کننده جریان را طوری تنظیم می کند که همیشه سیستم در شرایط بیشینه توان قرار داشته باشد. اما کنترل کننده PWM این ویژگی را ندارد و تنها می تواند در هنگام شارژ، ولتاژ خروجی پنل ها را نزدیک به ولتاژ باتری ها نگه دارد. در کل، کنترل کننده های MPPT دارای بازده ای حدود 30 درصد بالاتر از نوع PWM هستند و به همین دلیل از نظر قیمتی گران تر می باشند.
باید توجه داشت در سیستم های خورشیدی کوچک این اختلاف چندان مهم نیست اما در سیستم های بزرگ قطعا برای عملکرد مؤثر باید از کنترل کننده های MPPT استفاده کرد.
شکل 4) کنترل کننده شارژ خورشیدی از نوع MPPT
اینورتر
در سیستم های خورشیدی ولتاژ خروجی پنل های خورشیدی و باتریها به صورت DC است در حالیکه بارهای مصرفی به ولتاژ AC نیاز دارند. بنابراین احتیاج به وسیله ای داریم که ولتاژ DC را به ولتاژ AC تبدیل کند. این وسیله اینورتر نام دارد که به خروجی کنترل کننده شارژ متصل می شود. در هنگام روز و در زمانی که باتری ها به طور کامل شارژ شده و در مد استراحت هستند، ولتاژ خروجی پنل های خورشیدی به اینورتر متصل می شود اما در طول شب و در شرایطی که پنل ها قادر به عملکرد نیستند، خروجی باتری ها به اینورتر وصل است.
باید توجه داشت که ولتاژ ورودی کاری اینورتر باید با ولتاژ کاری باتری ها تطابق داشته باشد. همچنین پارامتر مهم دیگر توان نامی اینورتر می باشد که باید بر اساس توان نامی بارهای مصرفی و همچنین نوع بار (حساس و غیر حساس) انتخاب شود. در شکل 5 نمونه ای از اینورتر خورشیدی 2000 وات 48 ولت برای کاربردهای off-grid نشان داده شده است.
شکل 5) اینورتر سینوسی 2000 وات 48 ولت
سانورتر
اگر بخواهیم از وسیله ای استفاده کنیم که کار کنترل کننده شارژ و اینورتر را با هم انجام دهد، باید از سانورتر استفاده کنیم. این وسایل دارای دو ورودی برای پنل های خورشیدی و باتری ها به صورت مجزا و یک خروجی برای اتصال به بار هستند. از نظر حجمی آنها بزرگتر از اینورتر و کنترل کننده شارژ هستند و در نتیجه قیمت آنها نیز نسبت به هر یک از این وسایل بالاتر است.
تجهیزات دیگر
برای اتصال اجزای اصلی سیستم خورشیدی و همچنین ثابت نگه داشتن پنل ها در جهت و زاویه خاص باید از تجهیزات دیگری نیز استفاده کرد. پنل های خورشیدی برای اتصال به یکدیگر احتیاج به کابلهای مخصوصی بنام MC4 دارند که باید در نظر گرفته شوند. همچنین جهت ثابت نگه داشتن پنل ها باید از پایه های ثابتی بنام استراکچر استفاده کرد و آنها را طوری پیاده سازی کرد که در جهت مناسب قرار گرفته و زاویه خاص را برای قرارگرفتن پنل ها رو به خورشید تأمین کنند. بهتر است این پایه ها از جنس فولاد یا آلومینیوم باشند تا دوام و پایداری بیشتری در برابر عواملی مثل گرما و رطوبت داشته باشند.
بحث دیگر نحوه سیم بندی و کابل گذاری بین قطعات مختلف است. سطح مقطع این سیم ها و کابلها باید با توجه به جریان رد و بدل شده بین پنل ها با باتری و اینورتر و عواملی مثل دمای محیط و درصد تلفات ولتاژی مجاز انتخاب شود.
برای سیستم کل و همچنین در بخش هایی که لازم باشد باید از فیوزهای مناسب استفاده کرد تا در شرایط بحرانی و ایجاد خطا در بخشی از سیستم، اتصال قطع شده و از آسیب به سایر قسمتها جلوگیری شود. مقدار نامی آمپر این فیوزها را می توان با توجه به سطح مقطع سیم ها یا کابلها انتخاب کرد.
پروژه شبیه سازی
در این قسمت برای درک بهتر نحوه طراحی و انجام محاسبات برای سیستم خورشیدی، یک خانه مسکونی با زیربنای 120 متر مربع در نظر گرفته شده و مسئله تأمین برق آن توسط سیستم خورشیدی منفصل از شبکه مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در این خانه که نقشه آن در شکل 6 نمایش داده شده، تنها یک طبقه هم کف وجود دارد که شامل حیاط مجزا و بخش ساختمان می باشد. پنل های خورشیدی که قرار است برای این ساختمان طراحی و پیاده سازی شود در قسمت پشت بام نصب می شود که خروجی آن به تابلو برق خورشیدی متصل می شود. همچنین از تابلو برق نیز یک کابل برای اتصال به جعبه فیوز داخل ساختمان در نظر گرفته می شود.
شکل 6 ) نقشه زیربنای ساختمان با بخش های مختلف آن (طراحی شده با نرم افزار اتوکد)
ساختمان موردنظر دارای قسمتهای زیر است:
1) حیاط
2) آشپزخانه
3) دو اتاق خواب
4) هال و پذیرایی
5) قسمت ورودی ساختمان و راه پله
6) دو سرویس بهداشتی
7) حمام
قبل از طراحی سیستم خورشیدی، باید سیستم برق خانه که متشکل از لامپهای روشنایی،کلیدهای قطع و وصل، پریزهای برق و مسیر سیم کشی بین قسمتهای مختلف است، طراحی شود. در شکل 7 نقشه محل قرارگیری لامپها و کلیدها و همچنین مسیر سیم کشی بین آنها ارائه شده است. در این ساختمان برای کاهش توان مصرفی از لامپهای ال ای دی و فلورسنت فشرده استفاده شده است که در جدول 1 نوع آنها به همراه توان مصرفی، جریان ورودی و شار نوری تولیدی ارائه شده است.
شکل 7) نقشه مسیر سیم کشی بین لامپها و کلیدها (طراحی شده با نرم افزار اتوکد)
باید توجه کرد بیشتر لامپهای ال ای دی داخل ساختمان از نوع حبابی هستند، غیر از بخشی از آشپزخانه که از لامپهای طرح هالوژن استفاده می کند و همچنین لامپهای طرح شمعی که برای لوستر هال و پذیرایی در نظر گرفته شده است. تعداد کل مسیرهای سیم کشی برای لامپها 3 مسیر می باشد که سرشاخه های آن به جعبه فیوز برق ساختمان منتهی می شود.
جدول 1) لیست لامپهای مورد استفاده در داخل و خارج ساختمان
در شکل 8 نقشه محل قرارگیری پریزهای ساختمان به همراه مسیر سیم کشی بین آنها ارائه شده است. باید توجه کرد برای پریزهای داخل ساختمان از نوع معمول دوشاخه و برای پریزهای خارج از ساختمان (حیاط) باید از پریزهای ضد آب استفاده شود. در اینجا برای پریزها 4 مسیر سیم کشی در نظر گرفته شده است.
شکل 8 ) نقشه محل نصب پریزهای ساختمان به همراه مسیر سیم کشی بین آنها (طراحی شده با نرم افزار اتوکد)
با توجه به شکل های ارائه شده در مرحله قبل و وجود چهار مسیر برای پریزها و سه مسیر برای کلیدها و لامپها باید از یک جعبه فیوز استفاده کرد که دارای هشت فیوز مینیاتوری می باشد، در این بین یک فیوز به عنوان رزرو در نظر گرفته می شود. این جعبه در نزدیکی درب ورود به ساختمان قرار گرفته است.
در اینجا فرض می شود که تلفات مربوط به سیم های سیم کشی صفر باشد. در شکل 9 شماتیک سیستم توزیع برق ساختمان به صورت خلاصه نشان داده شده است. شاخه های روشنایی 1 تا 3 به ترتیب به فیوزهای مینیاتوری 1 تا 3 و شاخه های پریز 1 تا 4 به ترتیب به فیوزهای مینیاتوری 4 تا 7 متصل شده اند. یک فیوز نیز در انتها به عنوان رزرو در نظر گرفته شده است. کلیه فیوزها از یک طرف به سیمی متصل هستند که از فیوز اصلی Fm عبور می کند. این فیوز در جعبه کنتور قرار دارد و برای قطع کلیه مدارها مورد استفاده قرار می گیرد.
شکل 9) شماتیک ساده از جعبه فیوز به همراه سرشاخه های سیم کشی برق
برای بدست آوردن سطح مقطع سیم ها و انتخاب فیوز مناسب برای هر مسیر لازم است میزان جریان مصرفی هر یک بارها به تفکیک و به صورت دقیق محاسبه شود. این محاسبات به طور کامل در گزارش کار این پروژه انجام شده و در اینجا برای طولانی نشدن نوشتار آن را ذکر نمی کنیم.
اما برای طراحی سیستم خورشیدی لازم است برآوردی از متوسط انرژی مصرفی بارهای ساختمان داشته باشیم. برای این کار لازم است توان مصرفی و ساعاتی از شبانه روز که این بارها به سیستم برق متصل هستند، مشخص شود. در جدول 2 این داده ها ارائه شده است که به صورت مجزا برای هر بار محاسبه شده است.
جدول 2) متوسط انرژی مصرفی بارهای داخل ساختمان
بنابراین به طور متوسط 1600 وات توان و حدود 9000 وات ساعت انرژی مصرف می شود. حال که انرژی مصرفی مشخص شده، محاسبات مربوط به سیستم خورشیدی را انجام می دهیم.
طراحی اجزای سیستم خورشیدی
برای انتخاب اجزا ابتدا از باتری ها شروع می کنیم. مقدار انرژی مصرفی به صورت سر راست 9000 وات ساعت می باشد. اگر باتری های انتخابی از نوع سرب اسید خشک (GEL) و مجموعا با ولتاژ 48 ولت انتخاب شوند، مقدار آمپر ساعت مصرفی برابر خواهد بود با:
با احتساب 2 درصد تلفات به خاطر سیم بندی، 10 درصد تلفات مربوط به دشارژ باتری ها و 8 درصد تلفات در اینورتر، مقدار آمپر ساعت مصرفی اصلاحی عبارت است از:
از طرفی فرض می کنیم که باتری ها مجاز باشند تا 30 درصد ظرفیت نامی خود دشارژ شوند، در این حالت باید مجددا ظرفیت بدست آمده اصلاح شود، پس مقدار نهایی آمپر ساعت موردنیاز برابر است با:
این مقدار از آمپر ساعت تنها برای یک روز کافی است یا حداقل آمپر ساعت است، اما اگر بخواهیم به علت وقوع شرایطی مثل آب و هوای ابری دو روز پشتیبانی را برای مجموع باتری ها لحاظ کنیم باید دو برابر مقدار این یعنی 660 آمپر ساعت را در نظر بگیریم. به هر حال این مورد اختیاری است و البته بستگی به بودجه لازم برای خرید و تأمین باتری ها نیز دارد. در اینجا ما بعلت محدودیت مالی همان 330 را در نظر می گیریم.
با توجه به اینکه رنج های مشخصی از آمپراژ باتری ها در بازار وجود دارد، ما از 20 باتری 12 ولتی 70 آمپر ساعت استفاده می کنیم و آنها را در چهار دسته سری قرار می دهیم که در هر دسته 5 باتری به صورت موازی با هم قرار گرفته اند. نوع باتری نیز به صورت لید اسید خشک انتخاب می شود که برای کاربرد سیستم های خورشیدی رایج است. در صورت وجود باتری های 24 ولت یا 48 ولتی در بازار می توان تعداد باتری ها را کاهش داد که در کاهش فضای اشغال شده و تعداد اتصالات بکار رفته نیز مؤثر است.
برای انتخاب ولتاژ و جریان پنل خورشیدی، با توجه به سطح انرژی مصرفی بارها، باید تلفات مربوط به سیم بندی و تلفات مربوط به اینورتر را لحاظ کنیم. پس انرژی تولیدی باید به قرار زیر باشد:
باید توجه کرد که پنل های خورشیدی همیشه در شرایط پیک بازده کار نمی کنند، مثل زمانی که سطح پنل ها غبار آلود باشد. همچنین عملکرد آنها در شرایط دمایی بالاتر از 25 درجه سانتی گراد با کاهش توان تولیدی همراه است. بنابراین می توانیم این عوامل را در محاسبه آمپر ساعت نهایی برای مجموع پنل ها در نظر بگیریم. در این حالت ظرفیت تولید نهایی پنل ها باید به صورت زیر باشد:
با توجه به اینکه طراحی برای یک سیستم خورشیدی خانگی در مرکز ایران (استان یزد) انجام شده است، می توانیم متوسط ساعات آفتابی بهینه را در طول سال برابر با 6 ساعت در نظر بگیریم. بنابراین توان خروجی کل آرایه بدست خواهد آمد:
اگر نوع پنل را پلی کریستال 72 سلوله از برند داخلی تابان و با توان 320 وات در نظر بگیریم، با توجه به توان کل بدست آمده تعداد کل پنل ها برابر است با:
پس 6 پنل انتخاب می کنیم که باید با یکدیگر موازی شوند.
پنل 320 وات در شرایط STC (دمای 25 درجه سانتی گراد و تابش خورشیدی 1000 وات بر متر مربع) دارای ولتاژ نقطه ماکزیمم 36.9 ولت و جریان نقطه ماکزیمم 8.68 آمپر است.
بعد از انتخاب باتری و پنل های خورشیدی، نوبت به انتخاب کنترل کننده شارژ باتری می رسد. این دستگاه ها را می توان غالبا با ولتاژهای ورودی 12، 24 ، 36 یا 48 ولت در بازار تهیه کرد، بنابراین با توجه به سطح ولتاژ پنل باید از نوع 48 ولت آن استفاده کنیم. پارامتر دیگر جریان قابل تحمل کنترل کننده می باشد که باید حداقل از مجموع جریان اتصال کوتاه پنل ها بزرگتر باشد. با توجه به وجود 6 پنل موازی و اینکه جریان اتصال کوتاه هر پنل برابر با 9.13 آمپر است، مجموع جریان برابر با 54.78 آمپر می شود، پس یک شارژ کنترلر 60 آمپر را برای این کار در نظر می گیریم.
همچنین نوع کنترل کننده می تواند به صورت PWM یا MPPT باشد که در اینجا با توجه به سطح توان بار بهتر است از نوع MPPT استفاده شود.
یک انتخاب خوب برای شارژ کنترلر مدنظر ما، نوع 60 آمپر مدل tracer6415AN از برند EP Solar است که قابلیت کار با ولتاژهای 12، 24، 36 و 48 ولت ورودی را دارد و برای کار ما مناسب است.
جزء مهم دیگر اینورتر یا مبدل dc/ac است که با توجه به ولتاژ باتری و ولتاژ کنترل کننده شارژ باید دارای ورودی 48 ولت مستقیم باشد. در رابطه به توان نامی اینورتر باید توجه کرد که میزان توان مصرفی متوسط بار همان طور که قبلا محاسبه شد، حدود 1608 وات می باشد. اگر بازده اینورتر 0.92 باشد، توان ورودی آن 1747.83 وات می باشد. از طرفی وسایلی مثل کولر و یخچال در ابتدای کار خود جریان راه اندازی زیادی را موجب می شوند که اینورتر باید توان پاسخ گویی به این جریان ها را تا حد امکان داشته باشد. به همین منظور توان نامی اینورتر را 2000 وات در نظر می گیریم.
یک انتخاب خوب برای اینورتر مدنظر ما، نوع 2000 وات مدل IP از برند EP Solar است که قابلیت کار با ولتاژهای 24و 48 ولت ورودی را دارد و برای کار ما مناسب است. این اینورتر تمام سینوسی بوده و ورودی و خروجی را به طور کامل از هم ایزوله می کند.
شبیه سازی سیستم خورشیدی در نرم افزار Pvsyst و ارائه نتایج حاصل از آن
نرم افزار Pvsyst یک نرم افزار مناسب برای طراحی و تحلیل سیستم های خورشیدی است که می تواند در کنار محاسبات انجام شده، دید کلی از عملکرد سیستم و هزینه های جاری را قبل از پیاده سازی طرح روشن و مشخص کند. برای انجام یک شبیه سازی مناسب نیاز است موارد زیر در نرم افزار تنظیم شود:
1)انتخاب مکان جغرافیایی محل نصب و پیداکردن مشخصات آن
2) واردکردن اطلاعات موردنظر از مکان نصب به نرم افزار
3) تنظیمات مربوط به زاویه نصب پنل و جهت گیری آن
4) تعیین بارهای مصرفی به تفکیک و مشخص کردن ساعات مصرف هر یک
5) تعیین نوع باتری، تعداد، آرایش اتصال، آمپر ساعت و عمق دشارژ
6) تعیین نوع ماژول، تعداد و آرایش اتصال
7) تنظیم مشخصات کنترل کننده شارژ باتری
8) پیاده سازی آزمایشی پنل های خورشیدی در محل نصب و بررسی اثر سایه بر عملکرد آن
9) برآوردی از هزینه های هر یک از اجزای سیستم بعلاوه هزینه های نصب و حفاظت و تنظیم آن در نرم افزار
10) ذخیره سازی و بدست آوردن نتایج
در ادامه توضیحاتی در مورد جزئیات شبیه سازی ارائه می شود.
اطلاعات جغرافیایی مکان نصب
مکانی که برای نصب و راه اندازی سیستم خورشیدی در نظر گرفته شده است، در مرکز ایران و در ناحیه شهری قرار دارد. این نقطه که در ارتفاع تقریبی 1503 متر از سطح دریا قرار دارد، دارای عرض جغرافیایی 31.1 درجه و طول جغرافیایی 53.1 درجه می باشد.
تعیین بارهایی مصرفی و ساعات مصرف
در این بخش باید اطلاعات مربوط به هر یک از بارهای مصرفی شامل توان مصرفی و تعداد ساعات مصرف در طول شبانه روز مشخص شود. این بخش شامل دو قسمت است: یکی جدول اطلاعات بارهای مصرفی و دیگری نمودار دایره ای از محدوده ساعات مصرف هر بار در شبانه روز.
در شکل 10 جدول اطلاعات بارهای مصرفی همراه با نمودار مصرف در شبانه روز ارائه شده است. همانطور که مشخص است هر یک از بارها به تفکیک ذکر شده اند و مشخص است در چه ساعاتی از شبانه روز اوج مصرف را داریم.
شکل 10) اطلاعات بارهای مصرفی خانگی در نرم افزار PVsyst
قسمت دیگر مربوط به نمودار دایره ای هر یک از بارهاست که نشان می دهد در چه محدوده ای از شبانه روز فلان بار توان مصرف می کند. مثلا برای بخشی از لامپهای روشنایی نمودار دایره ای مصرف به صورت شکل 11 می باشد.
شکل11 ) نمودار دایره ای محدوده مصرف بخشی از لامپها در شبانه روز (نرم افزار PVsyst)
تنظیمات مربوط به باتری ها، پنل ها و کنترل کننده شارژ
این بخش که در قسمت System قرار دارد باید به دقت و بر اساس محاسبات طراحی انجام شده تنظیم شود. بر اساس محاسباتی که از قبل انجام دادیم، برای پنل ها نوع 320 وات و برای باتری ها نوع 72 آمپر ساعت 48 ولت را در نظر گرفتیم. همچنین کنترل کننده شارژ از نوع MPPT انتخاب شده و مشخصات آن بر اساس تنظیمات باتری ها و پنل به صورت خودکار توسط خود نرم افزار تنظیم می شود.
پیاده سازی آزمایشی پنل های خورشیدی در محل نصب و بررسی اثر سایه بر عملکرد آن
این بخش از یک جهت حائز اهمیت است و آن بررسی اثر سایه بر عملکرد پنل های خورشیدی می باشد. در اینجا ما برای پنل ها همانند شکل 12 یک آرایه در نظر گرفتیم که دارای 6 پنل موازی با یکدیگر می باشد و این پنل ها در کنار هم قرار گرفته و بر روی استراکچر نصب شده اند.
شکل 12 ) آرایش پنل های خورشیدی در کنار هم در پشت بام خانه مسکونی (نرم افزار PVsyst)
زاویه نصب نیز همان عرض جغرافیایی بوده که برابر با 31.1 درجه می باشد. با شبیه سازی اثر سایه مشخص می شود که مشکلی از بابت سایه وجود ندارد زیرا علاوه بر اینکه دور تا دور پنل ها مانع یا جسمی وجود ندارد پنل ها همه در یک ردیف هستند و سایه یکی بر روی دیگری نمی افتد.
از طرفی بهتر است نیم نگاهی نیز به محل قرارگیری پنل های خورشیدی و تابلو برق آن در نقشه ساختمان داشته باشیم. این مورد در شکل 13 زیر نشان داده شده که در آن مستطیل های آبی رنگ همان پنل های خورشیدی و مستطیل سبز رنگ داخل ساختمان همان تابلو برق خورشیدی می باشد. توضیح اینکه یک کابل از خروجی پنل ها به سمت تابلو برق وارد می شود، از طرفی در کنار تابلو فضایی برای قرارگیری باتری های ذخیره ساز قرار دارد. از این باتری ها نیز یک کابل وارد تابلو برق می شود. در نهایت از خروجی ac تابلو برق نیز یک کابل به سمت جعبه فیوز داخل ساختمان در طبقه هم کف می رود.
شکل 13 ) محل قرارگیری پنل های خورشیدی و تابلو برق خورشیدی در نقشه ساختمان (نرم افزار اتوکد)
برآورد هزینه خرید تجهیزات
این بخش در قسمت Economic Evaluation قرار دارد که ما در آن هزینه خرید پنل ها، باتریها، کنترل کننده ها (کنترل کننده شارژ بعلاوه اینورتر) و هزینه نصب را بر اساس متوسط قیمت بازار لحاظ کرده ایم. با استفاده از این قسمت می توان برآوردی از کلیه هزینه های تاسیس و پیاده سازی سیستم خورشیدی بدست آورد و بر اساس آن بودجه لازم را برای خرید تجهیزات در نظر گرفت. این قسمت در صفحه انتهای نتایج مربوط به شبیه سازی ارائه شده است.
با تنظیم مواردی که در بالا به آن اشاره شد کافی است پروژه را ذخیره کرد و سپس ران کنیم. در این حالت نتایج در قالب یک گزارش PDF ده صفحه ای ارائه خواهد شد. در این گزارش موارد مختلفی مثل داده های تنظیم شده تا نمودار و دیاگرام های مختلف چون نمودار مربوط به تلفات سیستم و برآورد هزینه های سیستم ارائه شده است. به طور مثال شکل 14 نمودار تلفات سیستم خورشیدی در سال می باشد که به طور دقیق محاسبه شده است.
شکل 14 ) نتایج مربوط به نمودار تلفات سیستم خورشیدی در سال
—————————————————————————————————————-
توجه: در این پست در مورد طراحی یک سیستم خورشیدی منفصل از شبکه برای خانه مسکونی مطالبی ارائه شد و مراحل انجام محاسبات و تعیین اجزای مختلف سیستم به صورت خلاصه بیان شد. شما دوستان می توانید با خرید فایل این پروژه علاوه بر دسترسی به فایلهای اتوکد و تصاویر مختلف، فایل شبیه سازی سیستم در نرم افزار PVsyst را نیز در اختیار داشته باشید. همچنین یک گزارش کار 40 صفحه ای از این پروژه تهیه شده که در آن تمامی موارد مربوط به سیستم از جمله محاسبات لازم برای سیم کشی برق و جعبه فیوز تا محاسبات مربوط به سیستم خورشیدی به طور کامل آورده شده است.
——————————————————————————————-
ویژگی های این پروژه:
1) نقشه های برق طراحی شده با نرم افزار اتوکد مربوط به زیربنا ساختمان، تجهیزات برق ساختمان و مسیر های سیم کشی بین تجهیزات
2) انجام محاسبات مربوط به مسیرهای سیم کشی مختلف برای تعیین سطح مقطع سیم ها و فیوزهای جعبه فیوز
3) تعیین توان و انرژی مصرفی متوسط بارهای خانگی جهت استفاده در محاسبات سیستم خورشیدی
4) معرفی بخش های مختلف یک سیستم خورشیدی با توضیح عملکرد مربوط به هر یک
5) انجام محاسبات مربوط به سیستم خورشیدی برای تعیین اجزای اصلی سیستم شامل پنل های خورشیدی، باتریها، کنترل کننده شارژ و اینورتر
6) شبیه سازی سیستم خورشیدی موردبحث در نرم افزار PVsyst برای بررسی و تجزیه و تحلیل بخش های مختلف
7) ارائه نتایج شبیه سازی به صورت یک فایل PDF مجزا جهت بررسی و پیاده سازی سیستم
———————————————————————————————-
این پروژه برای چه کسانی مناسب است؟
1)دانشجویان رشته برق – جهت آشنایی با عملکرد و اجزای سیستم های فتوولتائیک
2) دانشجویانی مقطع لیسانس – درس تاسیسات برق (نقشه کشی و محاسبات)
3) جهت استفاده در بخشی از پایان نامه کارشناسی – سیستم های فتوولتائیک
4) دانشجویان رشته برق – مقطع کارشناسی ارشد – درس انرژی های نو
5) جهت استفاده در بخشی از پایان نامه های کارشناسی ارشد – انرژی های نو
———————————————————————————————
چرا قیمت این پروژه نسبت به پروژه های دیگر سایت بیشتر است؟
1) طراحی کاملا اختصاصی در نرم افزار PVsyst
2) ترکیب محاسبات روشنایی و محاسبات سیستم خورشیدی با یکدیگر
3) عدم وجود پروژه مشابه در اینترنت در این سطح
قیمت بخش طراحی سیستم روشنایی : 220000 تومان
قیمت بخش طراحی سسیستم خورشیدی : 360000 تومان